电流变送器范文

导语：如何才能写好一篇电流变送器，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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引言

集成电流变送器亦称电流环电路，根据转换原理的不同可划分成以下两种类型：一种是电压／电流转换器，亦称电流环发生器，它能将输入电压转换成4～20mA的电流信号（典型产品有1B21，1B22，AD693，AD694，XTR101，XTR106和XTR115）；另一种属于电流／电压转换器，也叫电流环接收器（典型产品为RCV420）。上述产品可满足不同用户的需要。

XTR系列是美国BB（BURR－BROWN）公司生产的精密电流变送器，该公司现已并入TI公司。该系列产品包括XTR101，XTR105，XTR106，XTR110，XTR115和XTR116共6种型号。其特点是能完成电压／电流（或电流／电流）转换，适配各种传感器构成测试系统、工业过程控制系统、电子秤重仪等。

1 XTR系列产品的分类及性能特点

XTR系列精密电流变送器产品的分类及主要特点详见表1。

表1 XTR系列产品的分类及主要特点

产品

型号 满量程输入范围 激励源输出 输出电流Io/mA 环路电源Us/V 封装形式 主要特点

XTR101 10mV或50mV 两路1mA电

流源 4～20 11.6～40 DIP－14SOL－16 能将各种传感器产生的微弱电压信号转换成4～20mA的电流信号，适配应变桥、热电偶及铂热

电阻 XTR105 5mV～1V 两路0.8mA电流源 4～20 7.3～36 DIP－14 带2线制或3线制铂电阻接口，能实现温度/电流

转换 XTR106 满量程范围由电阻Rs来设定 2.5V及5V两路基准电压 4～20 7.5～36 DIP－14 带2.5V或5V激励源，适配应变桥 XTR110 0～5V或0～10V 10V基准电压 4～20或0～20或5～25 13.4～40 DIP－16 可选择输入电压范围和输出电流范围 XTR115 40～200μA 2.5V基准电压 4～20 7.5～36 SO－8 带2.5V激励源和＋5V精密稳压器，可分别给应变桥和前置放大器单独供电，能简化电源设计 XTR116 40～200μA 4.096V基准电压 4～20 7.5～36 SO－8 带4.096V激励源和＋5V精密稳压器，可分别给应变桥和前置放大器单独供电，能简化电源设计 2 XTR115型电流变送器的工作原理

2.1 性能特点

1）它属于二线制电流变送器，内部的2.5V基准电压可作为传感器的激励源。XTR115可将传感器产生的40～200μA弱电流信号放大100倍，获得4～20mA的标准输出。当环路电流接近32mA时能自动限流。如果在脚3与脚5之间并联一只电阻，就可以改变限流值。

2）芯片中增加了＋5V精密稳压器，其输出电压精度为±0.05％，电压温度系数仅为20×10－6／℃，可给外部电路（例如前置放大器）单独供电，从而简化了外部电源的设计。

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Abstract： This paper mainly introduces the structure and principle of relay protection for small hydropower station which is realized by PLC， and its application in 35KV line protection is introduced through an example.

关键词： PLC；小型水电站；保护

Key words： PLC；small hydropower station；protect

中图分类号：TV742 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2013）14-0064-02

0 引言

继电器系统由硬连线逻辑构成，接线复杂，体积大，可靠性低，工作寿命短，查找故障困难。对于生产工艺的变化的适应性差，不便实现集中控制；而可编程控制器是近几十年来发展起来的一种新型工业控制器，由于它编程灵活、功能齐全、应用广泛，比继电器系统控制简单、使用方便、抗干扰能力强、性价比高、工作寿命高，而其本身具有体积小、重量轻、耗电省等特点；PLC的安装和现场接线简单，可以应用其内部的软继电器实现软接线逻辑，方便集中控制。除此之外，PLC还具有自诊断、故障报警、故障报警种类显示及网络通讯功能，便于操作和维护。而微机保护虽然具有维护调试方便、可靠性高、易于实现网络化等优点，但对运行维护人员技术要求高、价格贵。因此，对于小型水电站采用PLC实现其保护具有很现实的意义。小型水电站出线电压等级一般为35KV，过去采用的保护一般是常规继电保护，目前也有采用微机保护的，但由于PLC在控制方面上的独特优势，我们可以用PLC来实现线路的继电保护，下面以某小型水电站单侧电源的35KV线路三段式电流保护为例，阐述如何用PLC实现其继电保护。

1 控制要求

某单侧电源的35KV线路的三段式电流保护，其整定值如下：①Ⅰ段采用电流速断，电流二次整定值为30A；②Ⅱ段采用限时电流速断，电流二次整定值为12A，时间整定值为0.5S；③Ⅲ段采用过流保护，电流二次整定值为6A，Ⅲ段时间整定值为1S。

2 硬件组成与实现原理

由PLC实现的三段式电流保护由电流变送器、模数转换模块、PLC等主要部件构成。电流互感器二次侧与电流变送器相连，电流变送器输出端通过双绞屏蔽电缆与A/D转换器连接，电缆应远离电源线或其他可能产生电气干扰的电线，如果存在过多的电气干扰，需将电缆屏蔽层与A/D转换器FG端连接，并连接到A/D转换器的接地端。A/D转换器通过扩展电缆与PLC相连。

2.1 电流变送器 电流变送器将电流互感器获得的电流信号隔离转变成能够直接被A/D转换器直接采集和接受的标准工业电流信号，本例采用北京世特美测控技术有限公司TA2A_C420V_系列交流电流变送器，此型号交流电流变送器可以将交流电流信号隔离转变成能够直接被 PLC、二次仪表等各种采集装置直接采集和接受的标准工业电流信号的装置，能为过程控制中需要进行电量测控的场合提供传统的解决方案，在工业控制领域具有稳定可靠的优势。本案例采用TA2A50C420V2交流电流变送器，其原边电流AC50A、输出4-20mA、A2型壳、DC12V辅助电源，线性度为0.1%，精度为0.5%，响应时间为300mS。

2.2 A/D模块 A/D模块能够将输入的模拟量转换成数字量，本例中由于保护需要检测三相电流，故采用具有4通道的FX2N-4AD模拟输入模块，该模块为12位A/D转换模块。转换速度快，一般15ms，高速时6ms。

FX2N-4AD的接线中，模拟输入信号采用双绞屏蔽电缆与FX2N-4AD连接，电缆应远离电源线或其它可能产生电气干扰的导线。如果输入有电压波动，或在外部接线中有电气干扰，可以接一个0.1μF～0.47μF（25V）的电容。本例是电流输入，应将端子V+和I+连接。

2.3 PLC PLC基本单元与A/D模块之间的数据通讯是由专用指令来执行的，如FX2N-4AD就是通过FROM/TO指令来完成的。根据输入与输出点的要求，并根据以后发展的需要，本例选用FX2N-32MR可编程控制器。

2.4 出口继电器 由于PLC出口继电器接点容量只有2A，不能直接接通断路器跳闸回路。本例采用DZ637小型大容量继电器，该继电器采用多断口串联分断技术、触点内部桥接技术等多项适合小型继电器实现触点大容量的关键技术，继电器线圈电压等级有DC12V、24V、48V、110V、220V，这里选用24V。其触点容量为2QH串联使用时可接通、断开DC220V感性τ=40ms 600W；触点实际最大断弧能力在1200W以上，完全可承担断路器辅助触点的跳闸后备触点的重担，替换市场常见的小型中间继电器，成为真正称职的保护出口、遥控继电器。

2.5 PLC的I/O分配 在PLC的输入端只需要接控制开关ASW33L40一个，其①②端子接X0，③④端子接X1，断路器的辅助接点DL接X3。I/O分配如下：手动合闸（S1）接X0，手动跳闸（S2）接X1，QF的辅助触点（S3）接X3；合闸用出口继电器（1DZ-637）接Y1，跳闸用出口继电器（2DZ-637）接Y2，Ⅰ段信号（EL1）接Y3，Ⅱ段信号（EL2）接Y4，Ⅲ段信号（EL3）接Y5，合闸位置信号（ELH）接Y6，跳闸位置（ELT）接Y7。

3 程序设计

基于PLC的小型水电站35KV线路保护的程序由FX2N-4AD的判别等基本程序、保护程序、信号程序等组成，程序略。

4 电流整定值（整定数字量）的确定

整定电流与数字量之间的比例关系可以根据电流变送器以及A/D转换器的特性确定。由于接入A/D转换器的是电流，根据FX2N-4AD模拟量输入模块的电流输入特性，输入4mA时对应的数字量为0，输入20mA时，数字量为1000。同时本例中电流变送器采用的是输入50A输出4-20mA的，电流值X与数字量D之间的关系为D=20X。因此本例Ⅰ段电流速断电流二次整定值为30A，则Ⅰ段电流整定值（整定数字量）为K600；Ⅱ段限时电流速断的电流二次整定值为12A，则Ⅱ段电流整定值（整定数字量）为K240，时间0.5S，由PLC的软时间继电器T0整定为K5；Ⅲ段过流保护电流二次整定值为6A，则Ⅲ段电流整定值（整定数字量）为K120，时间整定值为1S，由PLC的软时间继电器T1整定为K10。

5 结束语

该装置已在实验室实验成功，符合小型水电站继电保护的选择性、快速性、灵敏性、可靠性的要求，用于小型水电站的发电机、变压器、35KV及以下线路等电气设备的保护是完全可行的。如果被监测量是电压的话，只要通过电压互感器获取电压，经过电压变送器将电压转换成标准信号加给A/D转换器即可实现。综合利用监测电流和电压，通过PLC内部程序，实现保护的功能。因此，基于PLC的继电保护在中小型电站均具有广阔的应用前景。

参考文献：

[1]谢云敏.水轮发电机组辅助设备及自动化运行与维修.中国水利水电出版社，2004.

[2]北京世特美测控技术有限公司TA2A_C420V_系列交流电流变送器说明书.

[3]张爱民等.软PLC的设计思想在继电保护装置中的应用.高压电器，2007（06）.

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关键词：通信电源　故障　处理

1、引言

电源是通信系统的基础设备，因其采用模块化设计，在发生局部的或单元的故障时一般不会扩散。电源系统故障分为一般性故障和紧急故障。一般性故障指不会影响通信安全的故障，包括交流防雷器雷击损坏、系统内部通信中断、单个模块无输出、监控单元损坏等；紧急故障指影响通信安全的故障，包括交流输入与控制损坏而导致交流停电、直流采样和控制电路损坏而导致直流负载掉电等。如果不能及时有效地对故障进行处理，将导致通信系统的瘫痪，带来严重的损失，因此，必须对通信电源常见的故障与处理给予充分重视。

2、交流配电单元的故障处理

2.1　防雷器单元

防雷器是由四个片状防雷单元组成，其中三个防雷单元具有状态显示功能，可以显示防雷单元是否处于完好状态。防雷单元窗口颜色为绿色时，表示防雷单元处于完好状态；某个防雷单元窗口颜色为红色时，则表示该防雷单元已损坏，应尽快更换防雷模块。

如果防雷器没有损坏，而监控单元报防雷器告警，就需要检查防雷器的接触是否良好，可以将防雷模块拔下来重插，而后再检查底座是不是良好。

2.2　交流输入缺相

当监控单元或后台报交流输入缺相时，如果确定交流真的缺相则无需理会；如果交流实际没有缺相，而是检测问题，那么可能是交流变送器出现故障。可以用万用表测量变送器的端子是否有3V左右的直流电压，如果某一个没有，则说明交流变送器损坏，应急解决办法是将该端子的检测线并到其他两个端子的任意一个上；长久解决办法则须更换交流变送器。

更换交流变送器的方法：首先必须断开电源系统的交流电和关掉监控单元的电源，否则可能对人身造成伤害或烧坏交流变送器。更换时如果连接线上没有标识，那么在拆交流变送器之前需要要做好相应的标识，否则在安装时会造成不便。

注意事项：安装好交流变送器后，需要检查连线无误后，方可送上交流电，然后打开监控单元的电源。核实交流显示是否与实际测量电压相符。

2.3交流接触器不吸合

对于采用交流接触器自动切换的电源系统，如果交流接触器不吸合，那么可能是下面几个情况引起的：①交流输入的A相缺相；②交流接触器线圈供电保险丝烧坏（此故障出现在早期的电源柜）；③控制交流接触的辅助交流接触器损坏（早期电源上有辅助交流接触器）；④交流接触器控制板（CEPU板）出现故障；⑤交流接触器线圈烧坏。

解决方法：用万用表进行检查，断开交流输入用万用表测量交流接触器的线圈，如果开路，那么说明交流接触器损坏，更换交流接触器即可。

交流接触器更换方法：首先必须将电源柜的交流电断开，更换前将各个连接线用标签做好标识；由于这两个交流接触器是机械互锁的，所以要注意安装好交流接触器之间的辅助触点和控制线；将交流接触器两端的交流导线连接牢靠，不能有松动。

3、直流配电单元故障处理

3.1　监控单元出现直流断路器断开告警

从两个层面考虑：①属于正常告警，直流断路器确实已经断开，无需处理；②断路器没有断开，但是监控单元出现告警，出现这个故障是由于检测线出现断开所致。处理方法：检查断路器的检测线，也可以用“替换法”来定位问题所在。

3.2　直流断路器故障

蓄电池下电保护用的直流断路器使用的是常闭触点，在不控制的情况断路器是闭合的。如果给了断路器的断开控制信号，但是断路器不断开，那么说明断路器已经出现了故障，更换即可。

3.3　直流输出电流显示不正确

直流电流显示不正确分两种情况：①显示值与实测值比较偏大或偏小，原因是电流传感器的斜率选择不正确，在监控中将调整斜率调整合适即可；②电流显示出现异常情况，非常大或电流值显示不稳定。对于用分流器检测电流的设备来说是检测通道不通导致的：一种可能是分流器两边的检测线接触不良，可以关掉监控单元的电源，取下检测线用电烙铁将其焊接好即可；另外一种可能就是检测线接插件插针歪或接触不好，可以用镊子之类的工具将歪针校正或将接插件插好即可。

4、整流器故障处理

4.1　整流器无输出

4.1.1整流器不工作，面板指示灯均不亮，监控单元报整流器告警。

首先检查交流电输入是否已经供到了整流器（检查整流器的交流输入开关是否合上），其次检查整流器的输入熔丝是否熔断；另一种情况是模块可能发生故障，此时需要更换故障模块

4.1.2整流器输入灯亮，输出灯不亮，故障灯亮

首先用万用表测量交流输入电压是否在正常范围内（160－280Vac），如果交流电压不正常，那么整流器处于保护状态；另一种情况是整流器出现了故障。

4.2过热

整流器内部主散热器上温度超过85℃时，模块停止输出，此时监控单元有告警信息显示。模块过热可能是因为风扇受阻或严重老化、整流器内部电路工作不良引起，对前一种原因应更换风扇，后一种原因需对该电源模块进行维修。

4.3　风扇故障

风扇故障的特征是风扇在该转的时候不转。这时应检查风扇是否被堵塞，如果是，清除堵塞物；否则，则是风扇本身损坏或连接控制部分发生故障，需拆下模块进行维修。

4.4　过流保护

整流器具有过流保护功能。若输出短路，则模块回缩保护，输出电压低于20V时整流器关机，此时面板上的限流指示灯亮。故障排除后，模块自动恢复正常工作。

结语

总之，电源作为通信系统的核心设备，是整个通信网络稳定运行的保障。因此，通信设备维护人员必须认真做好通信电源的维护工作，不断总结分析常见故障的原因和处理方法，做到有效预防、处理及时。

参考文献

[1]赵倩.《电力通信网中通信电源故障的分析与维护》.通信电源技术，2009

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关键词：医用气体 报警系统 改进

中图分类号：TP333 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）07（b）-0000-00

1项目背景

随着我国医疗事业的发展，集中供应与管理的医用气体系统越来越多地被大中型医院引进使用，该系统的安全、有效运行直接关系到临床医疗安全、医疗质量，在医院里具有非常重要的作用。

医用供气系统中极限参数和主要成分参数报警与监控非常重要，它是各类医用气体供应系统中不可缺少的重要组成部分之一。国内外均在研究并提出控制标准，ISO 7396-1：2002《监控与报警系统》标准提出，系统通过运行警报、紧急运行警报、紧急诊疗警报和信息信号以实现。运行警报用于就有关供给系统中一项或几项供给不足的情况，通告技术专员以及时采取措施。紧急运行警报用于指示管道的不正常压力并要求技术专员立即处理。紧急诊疗警报用于指示管道的不正常压力，并要求技术专员或诊疗专员立即处理。信息信号用于指示正常状态。

目前，我国大部分医院使用的医用气体报警和监控装置较落后，只有极限参数监控，而无物性参数监控。且极限参数只有气体压力上下限控制，没有制备气体设备工作状态监控。它是从工业气体控制演变而来，主要采用电接点控制系统上下限压力状况，由于氧气等气体是助燃物质，是严禁使用电接点控制的（ 电火花容易产生火灾）。目前监控形式采用现场工作人员监控法，无法实现实时监控、远程监控和报警。为了改变此种情况，有必要现状进行改进，在提高系统监测性能的同时能够进一步改善医用气体系统的使用性能，为提高工程部的市场竞争力奠定基础。保证一个高质量和稳定的医用气体供应，实现实时的信息化管理监控。可以提高医用气体实时监控及报警系统的精确度；实现系统的实时、远程监控及记录。

2 主要研究内容

2.1技术原理

利用现代信息技术、网络传输技术，可为医用气体实时监控及报警系统设计一个计算机管理平台。平台采用层次架构、模块化配置，具有很好的可扩展性和可伸缩性。平台可实现集成化的功能调用，集成化的用户图形界面及集成化的模块间信息流。在集中的前提下，又可以根据管理员的角色进行权限划分功能块，其功能应包括故障管理、状态管理、安全管理等管理功能。

2.2 总体思路

将采集的各类信息与系统设定的各类极限参数和监测主要物性参数，经计算机处理，载波通讯网络，向医院值班人员或管理人员手机发送实时监控和报警信息，以提醒医院值班人员及时处理医院医疗集中供气系统存在的问题。

2.3 技术方案

针对现有医用气体报警系统的现状，我们可以将传感器技术、现代信息技术、网络传输技术等应用于系统。可应用的传感器技术主要是采用压力变送器、欠压检测模块、压力露点变送器、各种气体成分检测变送器等主要检测元件来检测各种参数。

3 主要成果及技术创新点

针对现有医用气体报警系统的现状，可以将传感器技术、现代信息技术、网络传输技术等应用于系统。可应用的传感器技术主要是采用压力变送器、欠压检测模块、压力露点变送器、各种气体成分检测变送器等主要检测元件来检测各种参数，其工作原理分述如下。

3.1 压力变送器

压力变送器将所测的两种压力通入高、低两压力室（一种是实测压力；另一种是真空或大气压力），作用在敏感元件的两侧隔离膜片上，通过隔离片和元件内的填充液传送到测量膜片两侧。测量膜片与两侧绝缘片上的电极各组成一个电容器。当两侧压力不一致时，致使测量膜片产生位移，其位移量和压力差成正比，故两侧电容量就不等，通过振荡和解调环节，转换成与压力成正比的信号。A/D转换器将解调器的电流转换成数字信号，其值被微处理器用来判定输入压力值。其后进行传感器线性化、重置测量范围、工程单位换算、阻尼、开方、传感器微调等运算，其信号叠加在4～20mA信号的数字信号上送出。

3.2欠压检测模块

欠压检测模块采用开环交流电流变送器，该变送器用来检测气体制备设备的工作电流。该变送器采用了标准RS232/RS485总线接口，用MODBUS通讯协议，测量监控设备的工作电流，因停电或设备故障而发生气体制备设备停止工作时，检测模块将检查到异常信号，经A/D转换后，送给监控主机。

3.3 压力露点变送器

压力露点变送器采用抗冷凝薄膜式传感器结构，该传感器由两部分组成：电容型聚合物薄膜测湿传感器及电阻型测温传感器。测湿传感器测量被测气体中的水分子，从而测出相对湿度；测温传感器测量传感器表面温度，仪器内置的微处理从这两个参数计算出露点。A/D转换器将解调器的电流转换成数字信号，其值被微处理器用来判定气体含水量。其后进行传感器线性化、重置测量范围、工程单位换算、零点自动校准、增益回归等处理，其信号叠加在4～20mA信号的数字信号上送出。

3.4各种气体成分检测变送器

包括氧气、二氧化碳等气体成分检测，以氧气检测变送器为例，其工作原理如下。氧气检测变送器采用迦伐尼电池式检测结构，在密闭的容器内，一面装有对氧气透过性良好、厚10～30μm聚四氟乙烯透气膜，在其容器内侧紧贴着贵金属（ 铂、黄金、银等） 阴电极，在容器的另一面内侧或容器的空余部分形成阳极（ 用铅、镉等离子化倾向大的金属），容器中填充电解质。当氧气通过电解质时在阴阳极发生氧化反应，使阳极金属离子化，释放出电子，电流的大小与氧气的多少成正比。A/D转换器将解调器的电流转换成数字信号，其值被微处理器用来判定输入氧气成分值。其后进行传感器线性化、重置测量范围、工程单位换算、阻尼、温度补偿、传感器微调等运算，其信号叠加在4～20mA信号的数字信号上送出。

经过以上不同的传感器检测，并通过对医院医用集中供气系统设定各类极限参数和监测主要物性参数，进行比对和处理，检测出我们所需的各类参数，这些参数包括两种：（1）各类极限参数：各种气体的压力上下限值、制备气体设备工作状态等；（2）主要物性参数：主要气体含量指标、正压空气含水量指标等。

4 应用、验证及前景

该课题以单位现有的研究为基础，通过对医用气体报警系统改进，提高医用气体报警系统灵敏度、精确度，降低事故发生率，满足新形式下客户的需求，提高产品的品质和市场竞争力。

5 结语

5.1获得的主要结论

（1）可以提高医用气体实时监控及报警系统的灵敏度、精确度；（2）实现系统的实时、远程监控及记录；（3）方便操作人员、管理人员及时发现和处理问题，保障医用气体系统的安全运行。

5.2 今后的研究方向

结合目前的工作，今后的研究方向是进一步提高医用系统报警系统的灵敏度、精确度，进一步提高系统的实时、远程监控及记录的稳定性。

参考文献

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关键词:可编程控制器 PLC系统 控制系统

中图分类号:TM7 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2012)07(b)-0024-01

在工业生产过程中,大量的开关量顺序控制,它按照逻辑条件进行顺序动作,并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制,及大量离散量的数据采集。传统上,这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。1968年美国GM(通用汽车)公司提出取代继电气控制装置的要求,第二年,美国数字公司研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置,首次采用程序化的手段应用于电气控制,这就是第一代可编程序控制器,称Programmable Controller(PC)。个人计算机(简称PC)发展起来后,为了方便,也为了反映可编程控制器的功能特点,可编程序控制器定名为Programmable Logic Controller(PLC)。

PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。PLC在工业自动化控制特别是顺序控制中的地位,在可预见的将来,是无法取代的。国控制类产品市场PLC的占有率已超过50%,而且保持着10%～15%的发展速度。

1 电机系统的组成和工作原理

PLC电机系统的组成框图如图1所示,由上位计算机和1套PLC测控系统组成。PLC通过外部变送器、互感器与发电机组相连,发电机机端电压U、定子电流I为三相交流电,分别经电压互感器(PT)和电流互感器(CT)转换成三相100V、5A的二次信号,发电机转子励磁电流经过分流器RS转换成75mV信号,再经过三相功率(含有功、无功)变送器、三相电压变送器、直流电流变送器转换成与其成比例的0～10V电压信号后输入到PLC的模拟量模块。模拟量经过A/D转换,然后根据互感器、变送器的变换比例计算出机端电压U、转子电流If、有功功率P和无功功率Q的等机组运行量。

PLC每隔20ms采样一次,每40ms将采样的数据保存到故障数据区中。当发生故障后,PLC记录下故障发生以后的13s数据,故障数据记录过程结束。当PLC接收到上位机发送来的传送命令时,PLC将记录的故障数据通过串口通讯传送给上位机。上位机将数据完整的接收下来,经过数据处理显示出机组运行量U、If、P、Q、Ug(电压给定)在故障前7s、后13s的波形曲线,这样就可以对发电机故障进行分析了。

2 PLC电机系统故障诊断分析

故障诊断系统建立在基于PLC和上位计算机组成的控制系统上。PLC在故障诊断系统中的功能主要是完成输煤系统设备故障信号检测、预处理,转化存储并传输给上位计算机。上位计算机由于具有强大的科学计算功能,利用专家知识和专家库,完成从故障特征到故障原因的识别工作。并通过人机界面,给出故障定位,报告和解释故障诊断结果,并为操作员给出相应的排除故障的建议。

电机的结构同时包含电气和机械两部分,也可以说是电气和机械的结合点。所以说,它的故障要一分为二的分析。对电机的振动故障原因也要分成两部分。一般来讲,电机振动是由于转动部分不平衡、机械故障或电磁方面的原因引起的。

2.1 电机硬件故障

2.1.1 转动硬件故障

转动部分不平衡主要是转子、耦合器、联轴器、传动轮(制动轮)不平衡引起的。 处理方法是先找好转子平衡。如果有大型传动轮、制动轮、耦合器、联轴器,应与转子分开单独找好平衡。再有就是转动部分机械松动造成的。如:铁心支架松动,斜键、销钉失效松动,转子绑扎不紧都会造成转动部分不平衡。

2.1.2 机械故障

机械故障主要分为以下几点:联动部分轴系不对中,中心线不重合,定心不正确。与电机相联的齿轮、联轴器有毛病。电机本身结构的缺陷和安装的问题。电机拖动的负载传导振动。

2.1.3 电气硬件故障

电气硬件故障主要是由于电磁方面发生的,其主要包括了:交流电机定子接线错误、绕线型异步电动机转子绕组短路,同步电机励绕组匝间短路,同步电机励磁线圈联接错误,笼型异步电动机转子断条,转子铁心变形造成定、转子气隙不均,导致气隙磁通不平衡从而造成振动。

2.2 电机软件故障

2.2.1 模拟量故障的诊断

给像犁煤车一样的模拟量信号进行电机电流诊断故障,首先将通过模拟量模块接受的电流变送器模拟信号转化为数字形式信号,再比较整定值或者系统的极限值,如果数字信号小于极限值,可以判断发出信号的设备运行正常;如果数字信号接近甚至达到极限值,发出信号的设备则出现不正常运行状态。根据各个设备相应参数的变化可以得出该设备的极限值。

2.2.2 各种故障信息的串行通信

利用串行通讯,上位机可以及时沟通PLC的内部寄存器,读取各种故障信息。上位机通过PLC的RS232通信接口进行Host Link方式串行通信。上位机在通讯时想PLC先发出一帧包括操作命令,寄存类型,起始地址和即将要读取的积存位置等信息的命令帧。PLC在收到命令帧后作出相应的反应,如果PLC没有错误则向上位机作出包含了其所需要查询的寄存器值的响应帧。上位计算机通过读取数据寄存区的值来获取当前PLC的工作状况,同时上位计算机对PLC的控制也可通过对该区的写操作来完成。具体的通信实现可以参考相关资料,这里不作详细论述。

3 结语

PLC控制器具有功能强大的可编程控制方法,它可以针对大数据量交换以及实时性要求较高的控制系统,IT技术的应用体现了以太网发展的趋势,同时也为工业以太网的发展提供了更为广阔的空间。在上述PLC控制器中,由于用数字信号替代模拟信号,因而可实现一对电线上传输多个信号(包括多个运行参数值、多个设备状态、故障信息)同时又为多个设备提供电源,现场设备以外不再需要A/D、D/A转换部件,这样大大减少了导线和连接附件,提高了系统的可靠性和抗干扰能力。

参考文献

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关键词： 医用电网；ADE7758；电参数计量

1 前言

众所周知，医疗用电对供电网的可靠性和安全性要求极高，众多的医疗设备不允许使用过程中发生断电情况，万一停电将会带来极其严重的医疗事故。因此，随着电气化医疗设备数量种类的不断增加，大功率精密仪器的引进对医疗用电提出了越来越高的要求，对于医用电网而言，笔者认为急需解决的问题主要体现着两个方面：一是医疗用电的人机安全，二是仪器良好性能的发挥。为了达到这两点要求，需要开发医用电网的监测设备。传统的电表主要是检测用电量，无法检测有功、无功以及负荷的时间分布等重要用电参数，无法存储用电情况的历史数据，更无法实现电网自动切换。根据实际需要，本文针对医疗用电的应用的特点，设计了多功能医用电网监控仪。

2 监控仪硬件设计

采用电子计量原理的三相多功能监控仪，具有高精度、多参数测量、谐波功率电能计量等优势。总体上来说，传统的三相多功能表是稳态电力负荷计量产品，由于其应用领域扩大，电力系统对电表不断提出新的技术要求。现有的三相多功能表性能和品质，都不能完全适应医疗用电系统的需求。因此，改进产品设计，将医用电网监控仪技术水准推向新的高度，无疑是一个共同关注的课题。本文基于单片机和ADE7758设计一种多功能医用电网监控仪，下面详细介绍系统的软硬件结构。

2.1 系统硬件结构设计

本监控仪的核心是ADE7758芯片，该芯片主要包括3部分功能：数据采集、电参数计量、通信。数据采集功能由6路24位A/D转换器实现，3路提供给电流值的转换，3路提供给电压值的转换；电参数的计量主要由ADE7758芯片的DSP内核实现，绝大多数的数据处理工作都由该芯片完成，该DSP内核把处理程序固化到芯片内部，能够自动计算出多种电参量，保证精度和速度的要求；通信经由SPI接口实现，单片机和ADE7758通过该接口传输数据，实现ADE7758的内部寄存器读取和写入。最前端的电压变送器和电流变送器实现了电压电流的隔离和转换工作，电压变送器完成电网电压到可测电流的转换，电流变送器完成电网电流到可测电流的转换。

电网选用C8051F021为配电仪的MCU，此款单片机运算速度最高可达25M，带有JTAG接口方便调试，因为ADE7758具有强大的数据处理能力，选用DS1302做实时时钟，该芯片具有2个定时器；选用AT24C512作为系统外扩数据存储，该FLASH存储器为64k字节，掉电数据可以保存10年以上；选用max232作为系统的232通信；用MAX7219来控制8位LED。系统结构如图1所示。

ADE7758是一款高精确度的电能计量芯片，可对有功功率、无功功率、视在功率、电压有效值和电流有效值等参数进行计量。该芯片带有两路脉冲输出功能和一个SPI接口，用于输出电量计算结果。ADE7758集成的模数转换器，数字积分器，基准电路。适用于计量各种三项情况下的电参数，对应三个相位的数字功率校准寄存器、相位校准寄存器和失调校准寄存器，可以实现有效值偏移校准、相位校准、功率校准。

2.2 ADE7758检测原理

电量有效值/均方根（RMS）测量

对于时间采样信号，有效值计算方法是将信号值平方取平均值，得到平方根当电流和电压产生相位差则会产生无功功率，假设相位差为θ，则无功功率的表达式为：

这样ADE7758就实现了有功功率和无功功率的计量。

3 系统校准及软件设计

系统首次使用必须对ADE7758进行校正，目的是弥补内部和器件参数不一致引起的误差，由于ADE7758需要和互感器一起使用，互感器不可避免的存在相位误差。与相位失配相关的误差在低功率因数时特别明显。ADE7758提供了相位误差的数字校准手段，通过信号处理的时间微弱延迟或提前，以此补偿小相位误差。这些相位校准寄存器（APHCAL，BPHCAL和CPHCAL）为二进制补码，7位带符号扩展位的寄存器，能改变电压通道信号通路的提前时间，范围为153.6μs到-75.6μs（CLKIN=10MHz）。写入PHCAL的负值表示时间提前，正值表示时间延迟。一个最低有效位（LSB）相当于1.2μs的延迟或2.4μs的时间提前。

电压波形采样存储在WFORM寄存器中。模数转换器首先将电压值通过一个截止频率为260Hz的单极低通过滤器（LPF1），该滤波器使信号轻微衰减。电压波形样本为16位，二进制补码数据范围为0×2748（=10056d）和0xD8B8（10，056d）之间。

WFORM寄存器中的数据为24位，由16位符号扩展而来。

电流输入的信号处理通路和电压类似，在波形采样模式下，模数转换器输出有符号的二进制补码，最大值为26KSPS（千样本/秒）。在0.5伏的额定满刻度模拟输入信号时，模数转换器产生其最大输出码值。

ADE7758提供线电压的周期或频率测定功能。相位的周期测定由NMODE寄存器上的0位和1位决定。周期寄存器为无符号12位FREQ寄存器，其读数四个周期更新一次。LCYMODE的第7位将选择周期寄存器显示频率还是显示周期。将该位置1可以使寄存器显示周期。寄存器缺省设置为显示频率。

在功率计量时，ADE7758产生的脉冲频率和所测功率成正比，单片机通过计数器来测量脉冲的频率和个数，进而换算出用电器的功率和消耗的电能。假如三相交流电信号出现缺相、欠压、过压、过流等异常情况，ADE7758可以产生外部中断来报警。

本电网监控仪应用程序采用模块化结构设计，主要包括四部分：数据采集存储、显示、通讯。主程序完成上电后对系统的初始化，系统的运行监控和异常情况处理。下面给出单片机与ADE7758的数据交换程序。

4 结束语

本监控仪器能够实时采集供电电网的多项参数，实现医用电网的动态测量，本仪器所携带的存储器能够记录下最近3天的电网参数，为事后故障查询提供准确的依据。在突然停电或者供电网参数不能满足要求的时刻能够实现电路切换，为医院的安全用电提供了有效的保障，极大地增加了医疗用电的可靠性和安全性。

参考文献：

[1]潘琢金译，C8051F020/1/2/3混合信号ISP FLASH微控制器数据手册[R].2005，2.

[2]ADE7758 Product Date Sheet[R].Analog Devices，Inc.2004

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关键词：在线点检；处理程序；应用结果

中图分类号：TD21 文献标识码：B 文章编号：1009-9166（2011）023(C)-0213-02

一、系统概况

顾桥选煤厂设备点检系统以现代无线通信技术为基础，应用通信技术中的信令技术及无线发射接收技术，在选煤厂调度室设置中心控制计算机系统，在点检设备的附近位置布置采集分站。采集分站和中心控制计算机系统之间通过电缆相连接，分站挂接温度、振动等模拟量和开关量传感器，具有多通道、多制式的信号采集功能和通讯功能。采集分站能及时将监测到的各种环境参数、生产状态传送给监控中心，进行在线检测，并执行中心站发出的各种命令，及时发出报警信号等。点检工人携带手持点检仪，点检仪与采集分站之间进行无线通信，将人工检测的数据通过手持机的录入，再将参数上传至监控中心。点检仪只有通过与现场设备的标示卡对码，才能检查每台设备的具体数值，可有效避免漏检和谎检。

二、点检的对象

（一）原理

设备一旦发生故障，其传动部位会以与正常情况不同形式的温度、振动

电流信号表现出来。

（二）对象

其主要监测对象为电动机运行电流，电机、减速器、运输皮带机滚筒轴承等主要设备运转部位温度、以及设备外壳的温度、振动。

（三）项目

1、采集分站及时将由CHY-1000A电流变送器测得的对应设备的实时电流值传送给监控中心，进行在线检测，并执行中心站发出的各种命令，及时发出报警信号等。

2、采集分站及时将由JF-W-D02温度传感器测得的对应设备不同位置的温度值及环境温度传送给监控中心，进行在线检测，并执行中心站发出的各种命令，及时发出报警信号等。

2、采集分站及时将由JF-9200B振动传感器测得的对应设备不同位置的振动值传送给监控中心，进行在线检测，并执行中心站发出的各种命令，及时发出报警信号等。

三、点检系统构成

系统主要由监控主机和软件、KJ201-J通信适配器、通信电缆或光缆、KDW660/18B矿用隔爆兼本质安全型电源箱、KJ201－F矿用数据采集分站、JF-188手持式点检仪、JF-W-D02温度传感器、JF-9200B振动传感器及CHY-1000A电流变送器等单元构成。

（一）在线点检

在线系统由多台分站采集各设备上温度、振动、电流信号，分站之间通过LONWORKS/485通信方式，距离离监控室较远的分站采用光纤以太网通讯方式。

1、中心站组成

（1）研华工控机：PD3.0GHz/2Gb/160Gb/22’LCD；（2）激光打印机：HP LaserJet 5200 A3；（3）通讯适配器；KJ201-J（4）操作系统：Windows XP；（5）数据库软件：SQL SERVER 2000；（6）监控软件：KJ201。

2、KDW660/18B矿用隔爆兼本质安全型电源箱

为原煤系统及产品仓等防爆场所的KJ201-F数据采集分站及其传感器提供本安电源，具有两路本地断电功能及备用电池供电功能。交流停电后，后备电池可连续工作4小时以上，维持单个基站可达10小时以上。

3、KJ201－F矿用数据采集分站

数据采集分站是一个以神经元芯片及51单片机为核心的自动化监控设备。可挂接各种传感器、执行器，对各种环境参数（如：温度、振动、设备开停状态等）进行连续监测。具有多通道、多制式的信号采集和通信功能，能及时将监测到的各种环境参数、点检仪数据、人员到检等信息实时传送给中心站，并执行中心站发出的各种命令。同时，分站还能就地监测和显示被测设备的运行状况及检测参数，及时发出报警信号。

4、KJ201-J通信适配器

该设备安装于控制中心，实现LonWorks和RS232之间的信号转换。具备电源、工作状态指示功能，接收数据采集分站发来的通信信号，并将该信号解调成RS-232C信号传送给计算机，将控制中心计算机输出的RS-232C信号经调制发送给数据采集分站。实现非本安通信信号与本安通信信号之间的电气隔离。

（二）离线点检

离线点检及手持式点检，离线点检的主要工具是JF-188手持式点检仪。点检人员可通过它和现场的标示卡对码来现场测试设备的温度和振动参数，每台设备只对应一个编码，与设备对码后用手持点检仪将采集的设备数据上传到上位机。上位机监控软件对采集数据进行统一归纳和整理，为管理人员提供相关指导。点检流程如下：

四、安装及参数设置

（一）安装

点检系统主要有三种检测工具，分别是JF-W-D02温度传感器、JF-9200B振动传感器及CHY-1000A电流变送器。温度和振动传感器都是用胶粘在设备的外壳上，粘之前去除设备外壳上的灰尘和锈蚀等。温度和振动传感器主要是检测电动机、减速机、泵体、驱动滚筒左右轴承座等部位的温度和振动情况。电流变送器安装在电动机接线盒内，套在三相动力线的任意一相上，检测该相电流大小。通信电缆和电源电缆的放置，我们要求要规范放置，两电缆不能穿在同一镀锌管内，以免发生信号干扰。

（二）参数设置

在参数设定之前，对我厂在线点检的57台设备进行了一次运行电流的统计，摸清设备满载运行时对应的电流值做为基础参数。对于设备的各报警参数初始设定为：电机电流报警为设备正常带量运行电流的1.2倍、1.3倍，1.2倍为高报，1.3倍为高高报。电机温度报警设定为温升30℃、40℃。轴承及减速机温升报警设置为50℃、60℃。对部分弗兰德减速机，因为弗兰德减速机正常工作时温升偏高，所以温升设定适当提高至60℃。设备的振动加速度根据经验值一般基础值设定为7.1mm/s，超出7.1mm/s为高报，超出11.2mm/s为高高报警。

五、点检出现问题的处理程序

随着点检系统的安装调试，我厂制定相关的规章制度，并设有点检员对点检系统所反映出的问题进行跟踪落实处理，并反馈问题处理结果，并做点检日报表，对设备出现的各种报警进行分析、确认。点检日报供厂领导和机电管理人员查阅，对确实存在的设备故障采用闭环式的方法落实解决，直到恢复正常。

六、点检运行效果

点检的报警分为电流报警、温度报警、振动报警，一般电流和温度报警较少，振动报警相对来说稍多一些。点检报警出现有设备故障报警和误报警，误报警主要包括因分站内主板损坏及传感器元件的损坏等原因造成的报警。总结前期出现的典型的几个报警：例如4月23日白班出现的359#、361#电动机电流高报，经现场用钳形表测后，此电流报警为误报警，判断是电流检测器坏。还有部分设备会出现电流报警，只是瞬间报警，如设备启动时的大电流报警，过了启动时间电流下降，报警便消除。有些设备的温度报警也存在误报，如电动机外壳上积煤较多，在天气较热的时候影响电机散热，便会发出报警，通知岗位司机清理积煤便可恢复等；5月7日白班，374#电动机振动报警，报警值为8.5mm/s，岗位司机检查说确实有振动，通知电工用手持点检仪现场检测，检查结果为9mm/s左右。经电工前去检查，初步判断是电动机对轮不正，机电工去找正，但是找正后振动情况仍然没有消除，在线点检在持续振动报警，经过专业人员长时间现场观察发现电动机和减速机底座的基础松动，经机修基础加固后点检报警消失；5月8日夜班，335泵电机出现报警，经岗位司机及机电工检查电机正常，并未有明显振动，因振动传感器固定在电机外壳上，而传感器的接头是螺丝旋上的，所以根据判断，现场检查发现是接头松动，旋紧即可；6月5日，在线点检系统出错，破碎站分站发生数据紊乱，所有数据显示零，刚开始我们判断是分站里的桥接板或采集分站主板出现了问题，后来我们把在线点检系统重新启动后，数据恢复正常，联系厂家后，厂家说系统运行一段时间后，通讯堵塞，重新启动系统便可正常运行；6月9日，点检系统几台设备出现电流信号数据丢失情况，电流数据位零，于是我们开始检查这几台设备的电流检测器，检查后电流检测器正常，重启点检系统后电流数据恢复正常。

对于类似以上的报警情况，应根据检查的结果进行具体分析，首先判断是不是误报警，如果是误报警的话，应检查点检的软硬件方面是否存在问题。而对报警出现后，如果电机或减速机振动和温度报警，通知岗位司机和机电工现场实测，便可做较准确的判断。电流报警则需要电工用钳形表实测电流并根据结果判断真实性，从而准确判断该设备是不是真正的存在问题。对于短时间报警并很快恢复的可以忽略，重点必须引起重视的是持续性的报警，对于持续性的报警现场，派专人认真检查，找出并解决报警的问题所在，并给予解决到故障报警消除为止。

经过一段时间的运行，通过点检的在线监测所反映的机电设备运行异常，可以及时对设备进行检修而有效地减少可以避免的机电事故。通过因点检报警而避免的设备的事故的发生，可以看出点检系统还是很有可行性的，我厂已经正常的投入使用。

结论：点检系统具有灵活的复合数据分析查询功能，并辅以图形方式直观显示设备状态，在设备树中会显示当前一段时间内设备的状况，同时也可列出具体的数据，使各级设备管理人员看的一目了然。点检系统能够将日常点检、巡检的所有数据集中在一个平台上，实现信息共享，由于点检内容的清晰，使检修人员的现场处理问题的分工更加合理。随着点检系统的完善，避免了因人为原因导致设备巡检的疏忽、遗漏，取得了工作的主动性。通过因点检报警而避免的设备的事故的发生，可以看出点检系统还是具有一定的先进性的，可以为选煤厂日常机电管理提供帮助，有一定的技术优势。

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关键字：城市轨道交通、牵引供电、直流框架保护

中图分类号：C913文献标识码： A

0 引言

在城市轨道交通直流牵引供电系统中，为了防止直流牵引供电设备内部绝缘降低时造成设备危害而设置了直流系统框架泄漏保护，该保护包含反映直流泄漏电流的过电流保护和反映接触电压的过电压保护[ 庞开阳.高劲.直流牵引供电系统框架保护的运行分析及探讨[J].地铁科技，2002(2).]。本文从实用角度出发，详细分析了直流牵引供电系统框架保护动作的原因及探讨了相关预防措施及处理方法。

1框架保护动作的原因及大致分类

（1）接触网断线或短路、接触网有闪络或局部持续放电、以及取流大、负回流系统电阻过高等原因导致的轨电位异常偏高，而轨电位限制装置又不能正常动作，此时电压型框架保护可能动作；

（2）鼠害或其他动物引起框架和正极短路，其他原因（如柜顶落物、柜内金属导体松脱、主回路与框架间绝缘下降等）导致的框架与DC1500V正极、负极、整流器柜内AC1080V相线间短路，此时电流型框架保护可能动作；

（3）检修人员在进行与牵引整流系统相关的检修作业时，误将负极与框架短路，此时电流型框架保护可能动作；

（4）检修人员在进行与牵引整流系统相关的检修作业时，误将开关柜内二次回路的AC220V回路、DC110V回路与框架短路，此时电流型框架保护可能动作；

（5）电流型框架保护的采样回路接线（如分流器二次线）松脱，此时电流型框架保护可能动作；

（6）框架保护的采样回路元器件或保护模块（如电流变送器、分压器、电压变送器、S7-300保护模块）故障，导致电流型或电压型框架保护误动作；

（7）DC1500V开关在切断大电流（如近端短路）时电弧因某种原因溢出灭弧罩，触碰上框架（相当于框架和正极短路），此时电流型框架保护可能动作；

（8）其他可能的原因导致的框架保护动作。

2 框架保护动作的原因详析及其预防

2.1原因1

接触网断线或短路、接触网有闪络或局部持续放电、以及取流大、负回流系统电阻过高等外部原因导致的轨电位异常偏高，而轨电位限制装置又不能正常动作，此时电压型框架保护可能动作。

原因详析：

外部原因导致的轨电位异常偏高，人为因素是无法实现的，轨电位偏高但轨电位限制装置又不能正确动作，将导致电压型框架保护动作或报警。因此，确保轨电位限制装置的可靠保护及其刀闸可靠动作是非常重要的。

预防措施：

（1）定期对轨电位限制装置进行维护，确保轨电位限制装置刀闸不卡滞、不拒动。轨电位限制装置的固有机械动作时间在正常范围（170ms左右）内；

（2）确保轨电位限制装置的“U>90V”的延时动作功能的动作电压不高于90V（其延时加接触器的固有机械动作时间应不高于电压型框架保护第一级跳闸电压的延时，以防轨电位超过电压型框架保护第一级跳闸电压但尚未达到轨电位限制装置的U>>150V定值时，电压型框架保护先动作），因此，需定期对保护装置进行保护功能校验；

（3）确保轨电位限制装置的U>>>600V功能正常，在轨电位达到动作定值时，晶闸管应能正常导通，需定期对晶闸管回路相关元件进行测量和维护；

2.2原因2

鼠害或其他动物引起框架和正极短路，其他原因（如柜顶落物、柜内金属导体松脱、主回路与框架间绝缘下降等）导致的框架与DC1500V正极、负极、整流器柜内AC1080V相线间短路，此时电流型框架保护可能动作。

原因详析：

由于电流型框架保护是无延时的，且其动作值仅有35A，因此当DC1500V正极、负极（正常运行时，轨电位并不为零。当负极与框架短路时，则其电流等同于钢轨电位限制装置在合位时的电流，此时电流可达上千安以上）、整流器柜内AC1080V相线对框架短路时，电流型框架保护会先动作。

预防措施：

（1）做好变电所房间的封堵工作，防止老鼠、蛇等小动物进入变电所。定期放置和更换鼠药，做好变电所的防鼠工作；

（2）检查牵引整流系统各开关柜顶部，确认柜顶清洁无杂物，特别是不许有细长的金属类杂物，以防其从柜顶网栅落入柜内导致短路；

（3）一次设备维护作业时，确保各柜门、柜体各部分安装牢固可靠，门轴、门锁、锁杆（特别是老线整流器柜柜门的锁杆）等联接牢固可靠无松脱；

（4）一次设备维护作业时，要特别注意做好对各直流开关柜、整流器柜、负极柜等柜柜内设备各金属构件的紧固工作，以防止设备金属构件接触不良烧断或松脱导致的与框架短路；

（5）在对牵引整流系统设备预防性试验作业时，要确保各柜内带电部分与框架之间绝缘良好。

2.3原因3：

在进行与牵引整流系统相关的检修作业时，误将负极与框架短路，此时电流型框架保护可能动作。

原因详析：

各直流开关柜和负极柜内负极母排和框架母排相距极近，且各柜内空间狭小，因此在以上柜内作业时，容易导致负极与框架短路。例如挂地线时地线头短接负极母排和框架母排，拆接电缆时扳手等金属工器具短接负极母排和框架母排，或在车厂变电所测量上网电缆绝缘时，扳手短接正极电缆和框架母排（检修状态下，室外临时地线挂在接触网和钢轨之间，因此这种情况实际上也是负极与框架短路），都可能会导致电流型框架保护动作。

在正线或车辆段变电所作业，而正线或车辆段并未全线或全部停电，此时钢轨上仍会有电压，因此要特别注意勿导致负极与框架短路。

预防措施：

（1）在直流开关柜内作业时，作业前务必合上轨电位（车辆段内轨电位在室外，可不合轨电位，但务必做到后面几项预防措施）。

（2）在直流开关柜内作业挂接地线时，地线的接地端务必接入室内接地母排上，而不能接在负极母排上。

（3）在有框架的柜内作业时，所有作业工具的金属部分必须做好绝缘处理（缠上一层绝缘胶布）。

（4）在有框架的柜内作业时，作业前先在该柜框架母排上大致铺上一层绝缘物（如绝缘手套、塑料薄膜等）。

2.4 原因4

在进行与牵引整流系统相关的检修作业时，误将开关柜内二次回路的AC220V回路、DC110V回路与框架短路，此时电流型框架保护可能动作。

原因详析：

（1）设置框架保护的各柜内的AC220V回路主要用于柜内加热。由于AC220V回路的零线接地，因此，当火线碰上框架，则会有短路电流流过电流型框架保护的分流器；

（2）一般DC110V回路单极碰上框架（接地）不会导致短路。但另一极也有接地现象或绝缘严重下降时，则有可能短路并导致框架保护动作；

预防措施：

在直流开关柜内作业拆除二次线端子时，务必对拆除的二次线端子做好绝缘包扎，同时记录下端子号，以防短路。

2.5原因5

电流型框架保护的采样回路接线（如分流器二次线）松脱，此时电流型框架保护可能动作。

原因详析：

因为电流型框架保护的分流器二次侧mV级的电压，电流型框架保护的35A定值，折算到分流器（1000A/150mv）的二次侧只有5.25mV。当分流器二次侧断线或接触不良时，则柜内其他带电系统对其的感应电压将会远超5.25mV，此种情况下将很大机率导致电流型框架保护将会动作。

预防措施：

任何作业拆除该线后均要及时恢复接线，并确保接线紧固，接触良好。

2.6原因6

框架保护的采样回路元器件或保护模块（如电流变送器、分压器、电压变送器、S7-300保护模块）故障，导致电流型或电压型框架保护误动作。

原因详析：

框架保护的采样回路元器件故障时，将会向保护模块（S7-300）发出错误的采样信号；S7-300保护模块本身故障时，也可能会导致框架保护误动。

预防措施：

（1）日常巡检时加强对以上器件、模块的检查。

（2）保护校验时加强对以上器件、模块的校验检测。

2.7原因7

DC1500V开关在切断大电流（如近端短路）时电弧因某种原因溢出灭弧罩，触碰上框架（相当于框架和正极短路），此时电流型框架保护可能动作。

原因详析：

电弧本身很轻，轻微气流的扰动都可能导致电弧的拉长、变向，在关断电流很大或柜内（与电缆层）密封不严透风的情况下，电弧有可能不能完全进入灭弧罩或溢出罩外，并触碰上框架。另外，小车的灭弧结构不合理也可能导致此类情况的出现。

预防措施：

（1）加强DC1500V开关柜柜内的封堵。

（2）坚决禁止未装限弧板的小车投入运行。

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【关键词】电力系统；自动化；远动控制；应用

引言

电能的生产、输出、变电、配送及最终到用户的使用等环节构成了整个电力系统。而在整个电力系统中，发电机、变压器、输电线路及开关等设备统称为一次设备，在电力系统工作过程中，需要对这些设备实施高度控制、在线测控和保护，从而确保一次电力设备的可靠、稳定和安全运行，并保证了电力生产的经济性。电力系统的保护装置、测控装置、通信设备，（水、火、风能、核能）电厂及变电站的智能监控系统，电网调度部门的计算机控制系统等被统称为二次设备，二次设备广泛应用了自动化及远动控制技术。电力系统调度高度自动化的实现必须以计算机技术及网络通信技术为基础，并大量运用远动控制技术。可见，远动控制技术在电力系统自动化中的应用具有重要意义。

1 远动控制技术的原理

电力系统自动化中远动技术是指运用现代计算机技术和通信技术采集电力自动化系统的实时运行数据，对区域电网和远方变电站的运行状况进行实时监视与控制，以提高电力供应安全性、稳定性和经济性的高端技术。

根据电力系统自动化中远动控制技术的概念，其原理为电力自动化系统通过计算机技术和通信技术经过远动设置将变电所和电网的状态规约和实时运行参数传输到电网调度中心实现遥测（YC）和遥信（YX），然后电网调度中心根据采集的数据发出命令，通过远动装置修正电网的运行参数，改变运行状态，以实现遥控（YK）和遥调（YT）保证电力系统的正常运行。远动控制技术结合现代计算机技术和通信技术，实现了电网调度自动化的远程无人控制，极大地提高了电力系统的自动化程度。

2 远动控制技术在电力系统自动化的应用

远动控制技术在电力系统自动化中的应用主要是遥测、遥信、遥控和遥调"四遥"功能的应用。

2.1 遥测

遥测是指运用现代通信技术传输被测量电网的实时运行数据的远程测量技术，主要包括变压器的有功和无功、线路的有功功率、母线电压和线路电流、温度、压力以及其它模拟信号的数据采集。遥测可分为重要遥测、次要遥测、一般遥测和总加遥测四大类型。其工作原理主要有直流采样和交流采样两种原理。

直流采样的原理主要是将被测电量通过直流变送器转换为可供测量的电量模拟信号，经过多路转换开关和模/数转换器转变为远动设备能够识别的数字信号，即直流变送器多路模拟开关A/D转换数字信号。交流采样的数据采集主要是将取自于PT、CT和传感器的电压电流信号输入交流回路，运用数字滤波技术滤掉高次谐波，经过采样保持器冻结模拟量的瞬时值保证采样精度，然后经过模/ 数转换成远动装置能够识别的数字信号，即交流信号输入回路低通滤波采样保持器多路转换开关A/D转换数字信号。

由于直流采样的稳定性相对较差、误差较大且相应时间慢，目前电力系统自动化远控控制的遥测技术一般都采用交流采样技术。

2.2 遥信

遥信是指运用现代通信技术实现对电网和变电站设备运行状态和参数的实时监视技术，主要包括断路器、开关及隔离刀闸的位置，线路中各节点的电压、电流状态以及系统中的继电保护和自动调节装置的实时监视。遥信的原理是通过遥信采集电路将遥信对象的实时状态进行信号采集，由多路选择开关将采集的遥信对象状态数据编译成遥信码并最终输出到接口电路当中。遥信的实现要求采用无源接点的方式。

2.3 遥控和遥调

遥控是指电网调度中心运用通信技术改变被测电网和变电站设备运行状态的命令，主要指对变电站断路器的合闸和开闸控制以及其它采用继电器控制的装置。另外，我国对于两个确定状态电力设备的远程切换也归为遥控。遥调是指电网调度中心运用通信技术对远距离发电厂和变电站设备调节指令以调节其运行状态，主要是对系统整定值的调节。就功能来讲，遥调和遥控都是电力系统控制终端对远距离电力设备和系统进行调节和控制，但遥控更加侧重于受控对象的单一或两种极限动作的控制，如开闸、合闸。遥控和遥调一般采用无源接点的方式，正确动作率要求达到99.9%以上。

3 远动控制技术常见的一些故障问题

电力系统中的远动控制技术故障一般是以下几个方面：远动机的通道板和控制单元板出现故障导致远动机不能正常接收远动信号；远动通道延时故障；辅助接点出现问题、电磁干扰和微处理机及数据库定义出现错误经常会导致遥信错误；采样中互感器或变送器的精度过低或损坏及线路接线错误经常会导致遥测故障；远动通道偏差、遥控出口继电器非正常运行及数据库定义出错等经常会导致遥控故障。当电力自动化系统的远控控制出现故障时，必须及时采取措施进行故障排查和修正，否则后果不堪设想。常见的故障排查方法有观察法、排除法、信号检测法和系统分析法，有时一种方法不能检测出故障原因，因此需要对这些方法灵活运用。

4 结语

远动控制技术在我国电力系统自动化中已得到广泛的应用，并且电力系统未来的发展方向是实现自动化管理，尤其是在110KV以下小型变电站的运营管理模式中，具有综合自动化程度的智能型变电站已非常普遍。与此同时，随着科学技术的不断发展，特别是计算机及网络通信技术在各个领域中的广泛应用，势必有效推动远动控制技术的进一步发展和完善，从而加快我国电力系统向自动化管理模式的发展进程。

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篇10

【关键词】电力系统；智能控制单元；电力故障；模块化设计

1.引言

目前煤矿井下采区变电所、综采工作面在使用的高压防爆配电装置都已经使用较为智能化的PB系列、BGP系列等。然而这些智能设备已逐渐不能满足高强度、高运作效率的井下生产需求，如高压防爆配电装置的保护执行机构一般为过流、高压漏电绝缘监视脱扣器和失压脱扣器，在实际作业过程中由于机械弹簧易老化疲劳、保护整定不准确及经常误动作等，使之操作不便，使用维护困难。日益推广的高压防爆真空配电装置虽然采用高压真空断路器、综合保护器以及电能计量装置等，具有漏电监视、过流、失压及过压等保护功能，但对于一些突发事故尚不能进行监测及处理，往往正是这些事故导致了大的井下事故的发生，从而引起严重的经济损失，甚至人员伤亡。

文中针对构建井下电力系统智能控制单元的工业需求，结合电子技术和计算机控制技术，分析并设计了一类集测量、显示、保护、监测、控制、诊断及实时通信的新型井下电力系统智能控制单元。

2.井下电力系统智能控制的需求分析

生产实践表明，已有的井下电力系统电力电气设备的使用仍然存在着很多的安全隐患，其中最为严重的是电力电气设备的保护功能不能充分发挥作用，其原因主要有以下几个方面：

（1）煤矿井下环境特殊，电力电气设备受危害的因素多，电力电气设备故障多。

（2）井下使用的各种开关的控制电路和保护电路广泛采用电子电路，造成电力电气设备故障处理、检修和维护的难度增加，使故障不能及时得到检修处理，造成电力电气设备在保护不完善或没有保护的状态下运行。

（3）电力电气设备内部电子元器件增多也使设备自身出现故障的机率增多。

（4）电力电气设备使用者不按生产厂家的要求操作，把电力电气设备的保护装置甩掉不用，使设备在缺少保护的情况下运行，如将馈电开关中的故障跳闸线圈封死，不让其跳闸。

（5）井下电力电气设备配件通用性不高。我国井下专用配电开关和控制开关生产厂家很多，而各厂家都有自己与众不同的设计方案，使设备的结构和电路原理有较大差异，这样就会造成企业配件储备困难、设备因缺少配件而得不到修复的现象。

因此，开发一种性能稳定、保护种类齐全、动作速度快、灵敏度高、可靠性好、方便实用的煤矿井下电力电气设备智能控制单元是解决国内煤矿井下电力电气设备保护问题的关键。

3.智能控制单元的硬件系统总体设计

煤矿井下电气设备智能控制单元的工作原理是：首先将检测的电信号分别经电压变送器和电流变送器，变成0～1v的电压信号，再经测量放大器放大成0。5V的电压信号，送至CPU，由CPU内A/D转换器将其变成数字信号后，CPU随即进行相应的计算和处理，计量数据经过总线缓冲驱动器显示在液晶屏上，CPU在对保护数据进行相应的逻辑判断后，通过总线缓冲驱动器对继电器直接操作或者发出闭锁信号。CPU定期对开关量输入状态、开关量工作状态及键盘、保护接口进行扫描和检测，完成对保护对象的状态监测和人机交互功能，所有的故障信息都存放在非易失性RAM中，CPU通过串口电路向调度中心发送数据或接收指令，复位电路能使系统自动复位。由于单片机具有性能高、速度快、价格低、体积小、稳定可靠、使用方便灵活等优点，因而常常被用在智能监控装置（仪器）控制中。由于智能控制单元必须在系统发生故障时及时判断出故障点并能及时切断故障电流，在系统正常工作时，控翎单元必须有能力及时处理大量实时动态数据，因此智能控制单元对硬件CPU的实时性、快速性、准确性和多功能性要求很高，为此在硬件设计时选用了实时性和快速性都非常好的PIC1 6F877A单片机作为中央处理器。基于单片机PICl6F877A的智能控制单元的硬件总体结构它主要由以下部分组成：

（1）由CPU、时钟电路和复位电路组成CPU最小工作系统。

（2）由电流互感器、电压互感器、电流变送器、电压变送器、模拟开关、放大器以及CPU的A/D转换模块组成数据采集模块。

（3）12路开关量输入和3路开关量输出组成I/O功能模块。

（4）由4×4键盘和液晶显示组成的人机对谣陵块。

（5）由漏电闭锁模块、通信模块、联控模块、故障存储模块、实时时钟模块以及电源模块构成智能控制单元的功能电路模块。

4.智能控制单元的软件总体结构设计

由于该系统是对断路器的开合进行控制并要求对电压、电流进行实时采样计量，因此必须对每周波20ms的正弦电流信号进行采样，采样点选为12个点，那么每2个采样点之间的时间间隔为1.667ms，利用PICl6F877A的定时器TMR2来进行采样周期定时，每隔1.667ms进行一次中断，中断由统一的中断调度程序进行统一的调度，采用软件工程中的业务流结构发生一次中断后由调度程序决定执行哪一组任务，每2个采样点之间安排一系列的任务，并且每组任务在1.667ms内都能执行一遍，但是由于本软件系统配备有人机交互界面，键盘显示程序是所有任务中最为耗时的程序，它的执行必然超过1.667ms，因此在不影响系统的实时性能的前提下采用关中断的结构，在键盘显示执行完毕以后开中断来执行下一组任务，经实验证明这样的做法是切实可行的。12个采样点会有12组任务，在采样点内的任务在文中称内部任务。

每2个采样点之间都分配有若干个任务，由于任务的执行时间也长短不一，这样就必然会在某2个采样点之间存在空闲的时间未被分配，这一部分的时间可以留作日后软件升级时使用，这样使软件系统还有很大的升级空间。第一组任务至第十一组任务的执行都严格的控制在1.667m以内执行完毕，第十二组任务比较特殊，如前所述键盘显示程序耗时很长，经实验测得显示一个汉字占用1.341ms，显示一个ASCII码要占用2.55ms。因此在1.667ms这样的时间内显示大量的汉字以及ASCII码是不可能的，如果不关中断会导致显示不正常，因此在不影响实际需要的实时性能的前提下，采用关中断的方法禁止定时器2的中断，待显示完毕后开放中断，然后继续执行第一组任务，虽然关中断的方法会影响系统的实时性能，但是由于这一点的时间损失都在毫秒级，经实验和现场的使用情况来看是不影响系统的实时性能的，因此这种方法是切实可行的。

每一组任务都是一个功能模块，该系统包括电流保护模块、电压保护模块、绝缘电阻保护模块、数据采集模块、远控模块、通讯模块、联控模块、时钟模块、故障存储及查询模块和键盘显示模块等，以上各个功能模块在主程序的统一调度下完成各自的功能。

5.故障存储模块的硬件设计

故障存储模块采用铁电存储器FM24C64芯片，它是一种非易失性记忆体，它的逻辑结构为8192×8位，接口方式为工业标准12C接口。铁电存储器具有持久保存数据的能力和存储快速性的优点，存储的数据可以保存在10a以上，普通的EEPROM的存储速度在毫秒级而铁电存储器FRAM存储速度在微秒级，噪声和电源波动环境写数据对EEPROM来说极具挑战性，而FRAM写的速度非常快，噪声和电源波动还来不及干扰就已经存储完毕了。因此利用铁存储器的上述优点，在设计中对发生的各种电压、电流以及漏电故障进行高效、快速、准确的存储，通过软件设计的查询算法用户可以方便的对历史故障信息进行查询，对设备的维护提供了可靠的依据。

多字节数据写入的信号s代表启动信号，之后的“1010”为FM24C64的器件地址，使用12C总线协议的芯片独有的ID，后面的0000为用户通过接线规定的引脚设定地址，它是用来区别在一条12C总线上出现很多具有同一个ID的器件，在智能控制单元中仅使用一个FM24C64芯片故将它设置成“0000”，“A”为应答信号，是由被控器给主控器的信号，后面用5位表示32个页地址，用8位来表示每一页上的256个单元，这样FM24C64芯片8K的存储空间都能够对它进行写操作。

故障存储时由于外部信号的干扰很有可能使存储的信息发生与实际期望的不符的情况，为了避免这种情况的发生在软件设计中采用了“和校验”的方法使存储的数据安全可靠，这种校验的思想使每一次存储完一条故障信息以后，立即调用读存储器子程序把存人的数据求和，然后与读出的数据的和进行比较，如果一致就认为已经存储正确如果不一致就让程序重新存储一遍直到存储正确为止。

6.结束语

通过对井下电力系统智能控制单元的分析及设计得到以下主要结论：

（1）对当前井下电力系统智能控制过程及现状进行了分析并论证了其智能控制单元的工业需求必要性。

（2）分析并设计了一类集测量、显示、保护、监测、控制、诊断及实时通信的新型井下电力系统智能控制单元。设计的智能控制单元具有短路、过载、漏电闭锁、断相、过压、欠压等保护措施。

（3）以故障存储和处理为例给出了智能控制单元的具体功能实现过程。

参考文献

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